1 引言
项目应用背景为实现职业学校的电工专业技能实训设备的自动化控制和管理，通过成熟的以太网网络实现实验室主控柜与各分控柜之间通讯交换数据。设计时遵循设备可靠，技术先进，功能完备，应用灵活，易于组态，易于扩展的原则。系统节点对象为40台套实验电控柜电气控制系统。
2 控制系统构成及功能
2.1 单柜系统配置(见表1)
表1配置按每个控制柜24点输出信号配置，4个控制柜由一个plc控制输出。因为有40个柜子，故控制系统配置一样，同上配置需要10套。若控制要求有所更改，西门子的扩展性可以满足客户随时调整输入输出和通讯的要求。
40个柜具有plc可连接的扩展模块、程序和数据存储空间、ppi通讯协议、mpi通讯协议、自由方式通讯能力，具有pid控制器，可以通过工业以太网和上位机进行通讯。
(1) 为防止短路，采用固态继电器进行和控制信号隔离，后端为20a电流；
(2) 具有各种安全保护措施(如照明灯上加装透明有机玻璃保护，可靠接地、需更换拉手等)；
(3) 各实训柜通过控制台可进行快速的无线布控故障信号，既可以单独布控，也可以统一控制；可以随机或者指定方案；
(4) 可以把结果存储到计算机统一数据库并进行自动打分记录、打印结果。
2.2 总控制台配置(见表2)
中央计算机总控制台和每一个分控台通过无线以太网相连；可实时监视和控制每一台控制柜的状态；能随机或者指定方案，并可以在主控的计算机里对实训电路进行快速的无线布控；可以把结果存储到计算机统一数据库并进行自动打分记录；上位机软件具备扩展的浏览器功能，即连接到internet之后，可以通过标准的浏览器进行浏览等。
2.3 分控制台配置(见表3)
表3分控台系统一共为5套，主要实现如下功能：
(1) 可在分控台里对控制柜进行快速的无线布控故障信号，既可以单独布控，也可以统一控制；
(2) 可以随机或者指定方案；
(3) 可以把结果存储到计算机统一数据库并进行自动打分记录；
(4) 分控台可以通过无线以太网对每一套plc进行上下载程序；
(5) 对于无线以太网和plc的电源供应，采用工业专用电源模块，直流电源电压为24vdc，电流为4a以上；
(6) 控制中心站采用稳定可靠的工控机作为监控中心，并采用西门子的组态软件wincc。
2.4 电源柜控制系统(见表4)
3 无线以太网系统设计
3.1 系统结构设计
根据控制要求，要完成系统的数据采集、现场的设备控制等功能，具体的系统流程为控制柜的信息需要通过无线的发送方式发送到中央计算机，无线通讯采用西门子的scalan -ce-w的无线以太网模块scalance w 744-1，在plc端将系统采用以太网接入scalance-w，另外中央计算机可以通过以太网的方式将现场采集的信号接入scalance-w，在集中监控中心显示。系统原理结构如图1所示。
图1 系统总体结构
(1) 采用标准的scalance w的天线功率为7dbi，平面无遮挡的可以达到300米左右，室内覆盖距离可达30 m～60m；
(2) 工业无线访问点设备具有强抗干扰能力；
(3) 无线以太网的频带为2.4ghz或5ghz，速度可以达至54mbps，远远高于其他的无线数据传输方式，而且采用的频段在2.4ghz，不容易受到干扰；
(4) 固的金属外壳，防水、防尘，防护等级；也可户外使用，-20℃- +60℃ (防冷凝)；
(5) 现场所有设备的控制采用plc的控制形式，plc主要负责输出的通断，结合其他的控制要求，plc选用采用的是西门子公司的s7-226控制器和cp243-1以太网模块和unimat高密度输出模块。结合实际情况，系统的结构如图2所示。
图2 无线以太网结构设计
信息显示主要通过组态软件，集中监控的上位机采用应用非常普遍、功能强大的西门子公司的wincc，可以完成集中控制信息。通过控制系统的要求，系统事先将各种控制的方案存储在计算机中，当需要选择测试方案时候，可以随机或者指定方案。
3.2 plc无线系统配置
(1) 西门子s7-200cn系列plc，主要是由于其强大的网络功能，以及在扩展和指令集比较有优势。在通讯上采用cp243-1 以太网通讯处理器，通过该处理器，可以实现如下功能：使用step7-mirco/win通过工业以太网配置和远程编程服务(上载、下载程序，监视状态)。通过s7-opc在计算机上处理数据。在工业无线以太网从技术性能以及技术内涵来说与工业以太网是基本一致的，所遵从的协议也基本一样，仅仅在物理层有些区别。以太网是未来系统联网的骨干技术，无线以太网是无线通讯的主要解决方案，工业无线以太网存在的必要性就如同工业以太网存在的必要性：现场总线优点突出，在未来很长时间内有很强的生命力，但工业以太网将成为未来趋势已是无庸置疑；蓝牙等新技术有其独特优势，如果只是单点信号传输，数据量不大，它也是无线系统的有益补充，但对于一个无线网络开放性和系统整合，工业无线以太网的优势是不可比拟的。
(2) scalance w是西门子工业无线局域网产品系列，如图3所示。它基于无线局域网(wlan)技术国际标准ieee802.11，帮助用户实现移动设备与固定网络的通讯，也可以实现移动设备间的通讯，坚固、可靠、安全。它适用于各种工业环境，即使在极恶劣的情况下也能够保证网络的可靠性和安全性。scalance w788-1/ wc88-2接入点模块，用于搭建无线局域网，scalance w744-1客户端模块，用于将plc等设备接入无线局域网。对于多个无线以太网系统的抗干扰性能，同类型的通讯设备有可能产生干扰，比如在2.4ghz的情况下，无线以太网技术和蓝牙使用的频段是一样的，如果蓝牙的波形、信号是规则的话，在理论上蓝牙有可能干扰它，但实际情况并不如此，因为信号的数据链路层包括识别帧、数据帧的情况都完全不一样，通过连路程的校验即可克服这个干扰问题，而其他频率的干扰，比如工频干扰或手机信号的干扰信号，因为这些信号所使用的频率与wlan 使用的频段相距比较远，所以基本可以忽视这种型号的干扰因素。
图3 scalance w无线以太网
4 wincc操作和监视系统
wincc即windows control center(视窗控制中心)。wincc是西门子的监控系统软件平台，功能强大的全面开放便捷的人机对话接口并且使用简单方便。
图4 屏显实验电气图
在屏幕上将显示学生要做实验的电气图，如图4所示，老师可以在两个端子间给学生设置线路故障，作为考察学生检查电路图故障的实验科目，当选中其中一个或几个线号时，线路断路。当学生正确接线后，此电气图正常显示，若学生接线错误，则显示报警，并可将结果保存以便为学生打分记录。
